海上風電場將成主流趨勢 并網(wǎng)瓶頸呼求智能電網(wǎng)
http://m.yucd.cn在可再生能源發(fā)電領域，風力發(fā)電一直是行業(yè)的領跑者。目前中國風電裝機容量已達2268萬千瓦，累計發(fā)電量達516億千瓦時。中國已經(jīng)計劃進一步發(fā)展風力發(fā)電，預計風力發(fā)電在2020年將至少達到1.5億千瓦的裝機容量，爭取在2030年和2050年實現(xiàn)3億和5億千瓦，屆時風力發(fā)電將在發(fā)電總量中占10%和20%以上。
歐洲是全球風力發(fā)電的主場。即使在金融危機的重災區(qū)歐洲在2009年也增加了577兆瓦風力發(fā)電能力，較2008年373兆瓦增加了54%。據(jù)歐洲風能協(xié)會預計，2010年歐洲將建成10個海上風電場，增加10億瓦，相當于比2009年的裝機容量增加75%。
借助自然界的風力推動渦輪機產(chǎn)生電能的發(fā)電方式不污染空氣，可以稱得上是一種清潔能源。和其它清潔能源相比，風電是目前應用廣的再生能源，在歐洲各國已經(jīng)廣泛投入了使用。
海上風電場將是主流趨勢
張松剛：大規(guī)模風力發(fā)電的并網(wǎng)瓶頸要求發(fā)展智能電網(wǎng)。
從風電上網(wǎng)的價格來看，也比其它新能源低廉。一般火電上網(wǎng)的價格約在0.3元/千瓦時左右，而風電上網(wǎng)價在0.51元/千瓦時~0.61元/千瓦時，比太陽能發(fā)電更接近傳統(tǒng)電價。平易近人的價格也是風電獲得各國政府大力推動的原因。目前，一個風電場的投資成本折算到每千瓦造價約為8000元/千瓦左右，在風電場投資總成本中占據(jù)70%~75%的風電機組每千瓦價格成本從2007年以來一路下滑(2007年初：6700元/千瓦；2008年：6300元左右平均；2009年底：5000元/千瓦)，平均每個月就有100元/千瓦左右的降幅。
ADI技術業(yè)務經(jīng)理張松剛表示，未來隨著風力發(fā)電技術的改進，風力發(fā)電機組將越來越便宜和效。隨著風力發(fā)電機組的單機容量增加，同樣的裝機容量需要更少數(shù)目的機組，這樣就減少了基礎設施的投入費用，進而節(jié)約了風力發(fā)電的成本。
在各種新能源中，風力發(fā)電的技術相對成熟，產(chǎn)業(yè)化程度較。嘉興斯達半導體有限公司副總裁許浩平說，風力發(fā)電塔架的度將不斷增加。增加風電塔的度可以捕獲更多風力資源從而提發(fā)電量，而增加風電塔度的費用要比大容量風力發(fā)電機的花費便宜。伴隨塔架增的是風力渦輪機槳葉的長度也不斷增長。“更強捕捉風能的能力對于槳葉材料的要求也越來越。”許浩平補充說道。
許浩平：風力發(fā)電場正從內(nèi)陸逐步往海上發(fā)展。
圍繞風力發(fā)電的大爭議在于風力發(fā)電場占地面積對于土地金貴的城市來說是不可接受的，因此出現(xiàn)了大部分風力發(fā)電場建造在人煙稀少的西北地區(qū)。但人口密集的沿海城市才是消耗能源的大戶，風電場遠離電力負荷中心，給風電的傳輸、接入電網(wǎng)構(gòu)成一定的障礙。而海上風電開發(fā)不僅靠近沿海城市，風力資源優(yōu)于內(nèi)陸，而且不占用土地資源。
張松剛表示，海上風力發(fā)電悄然興起，并將成為重要的能源形式。在上海世博會期間，上海東海大橋海上風電場已經(jīng)順利并網(wǎng)投入使用。
“風力發(fā)電場正從內(nèi)陸及大陸沿海逐步往海上發(fā)展，目前海上風電場已成為全球發(fā)展風電的熱點。”許浩平指出，“這主要是因為海上風力資源豐富，更大單機容量機組的安裝比陸上更容易實現(xiàn)。”
智能動態(tài)控制風電系統(tǒng)
盡管各地都如火如荼地展開風力發(fā)電場的建設，但是風力發(fā)電是低密度能源，具有不穩(wěn)定性和隨機性的特點，使風力發(fā)電設計面臨諸多挑戰(zhàn)。
“風能的利用終取決于與電網(wǎng)并網(wǎng)的實現(xiàn)，而實現(xiàn)并網(wǎng)主要的要求就是輸出頻率、電壓和相位要保持與電網(wǎng)一致，”許浩平解釋，這一要求在恒定的風速和風力下是比較容易實現(xiàn)的，但現(xiàn)實是風速和風力都在不斷變化，因此如何將多變的風力電能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電能是風力發(fā)電系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。“風電早期均采用變槳距和變速箱等技術來實現(xiàn)，但現(xiàn)今主流技術主要以智能控制技術為主。”
陸磊：風力發(fā)電主要挑戰(zhàn)來自風電系統(tǒng)動態(tài)控制。
ADI Processor-DS亞洲業(yè)務區(qū)域經(jīng)理陸磊認為，風力發(fā)電的主要挑戰(zhàn)來自風電系統(tǒng)動態(tài)控制。由于風無時無刻不在變化，為了大限度的利用風能，提風力發(fā)電的效率，必須要對風力發(fā)電系統(tǒng)進行實時的控制。
陸磊說：“對于發(fā)電系統(tǒng)，大多數(shù)系統(tǒng)設計的任務是執(zhí)行實時控制算法，因此大多數(shù)的控制系統(tǒng)采用了性能的處理器或DSP，其中所用的DSP要能夠滿足一系列需求。”
他表示，ADI的浮點處理器特別適合用于應對風電控制算法的復雜性。其中SHARC浮點處理器作為核心算法處理器為業(yè)界提供了一種可行的解決方案，來滿足設計風力發(fā)電系統(tǒng)的所有關鍵需求。除了能解決上述的挑戰(zhàn)，SHARC處理器還使開發(fā)人員可以用一種非常靈活的方式將內(nèi)部存儲器分為數(shù)據(jù)和程序存儲器，使應用程序能適應未來需求的變化而無需改動硬件。
此外，他還提到，對必須在100微秒或更少時間內(nèi)執(zhí)行的實時處理運算而言，速度也是一個關鍵因素。另外，風電系統(tǒng)的必要條件是充足的處理器內(nèi)存，以避免造成處理延遲的等待狀態(tài)。“此外，內(nèi)部存儲器可減少外部器件的數(shù)量，能大限度地減少電路板設計中的EMI問題。”陸磊強調(diào)。
此外，張松剛還提到成本和價格因素也是阻礙風力發(fā)電增長的主要原因之一。“風電開發(fā)大的瓶頸之一就是一次性投入巨大，單位成本較火電、水電。” 此外，長期維護也是一個不小的負擔。張松剛指出，風力發(fā)電在實際開發(fā)過程里還受其它一些因素的制約，如風電場建設須綜合考慮交通、地質(zhì)、環(huán)境保護、與電網(wǎng)的連接條件等因素等。
智能電網(wǎng)有望打破風電瓶頸
風力發(fā)電對改善能源結(jié)構(gòu)、提多種復合能源的利用率起到了關鍵作用，但風力發(fā)電，特別是大規(guī)模的風力發(fā)電一旦實現(xiàn)并網(wǎng)運行將會給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來很大影響。
風電本身是一個間歇性不可控的能源，并入傳統(tǒng)電網(wǎng)之后，整個能源系統(tǒng)都要進行相應的調(diào)整。隨著風電單機容量的提升，發(fā)電峰谷差也逐漸加大，給發(fā)電調(diào)度和電網(wǎng)安全造成更大的沖擊。
張松剛分析，首先由于風力發(fā)電的原動力不可控，發(fā)電輸出的電能具有波動性和間歇性，當風力發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模達到一定程度是將會改變電網(wǎng)的潮流分布，傳統(tǒng)電網(wǎng)的潮流控制將發(fā)生重大改變，會直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。其次，由于風力發(fā)電的不確定性，所帶來的風能功率的波動性而使得電網(wǎng)電能質(zhì)量的下降。
“風力發(fā)電與太陽能發(fā)電一樣也會有孤島效應，采用傳統(tǒng)的電網(wǎng)保護及測控設備都無法滿足要求，需要更新型的電網(wǎng)保護及控制設備；風力發(fā)電也需要更多的儲能設備加入電網(wǎng)。”張松剛強調(diào)，傳統(tǒng)電網(wǎng)很難滿足大規(guī)模風力發(fā)電的并網(wǎng)接入，發(fā)展智能電網(wǎng)將是非常迫切的。
風力發(fā)電并網(wǎng)難的困境，導致大部分的風力發(fā)電設施在夜間風力發(fā)電峰期停運，傳統(tǒng)電網(wǎng)缺少消化和輸送能力白白浪費了大量能源。風力發(fā)電場占用土地資源廣，因此目前中國大部分風電場建造在偏遠地區(qū)。許浩平指出，風電場所處地區(qū)配電網(wǎng)較落后，給風電并網(wǎng)造成一定困難。
而智能電網(wǎng)可以有效地優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度、合理配置電源輸送、增強電網(wǎng)抗故障能力，因此智能電網(wǎng)被視為打破風電瓶頸的突破口。
顯然，智能電網(wǎng)比傳統(tǒng)電網(wǎng)具有更強大的兼容性，為風電的發(fā)送、調(diào)配鋪平了道路。張松剛指出，智能電網(wǎng)會增加更多的儲能環(huán)節(jié)、更合理的分配能源消耗與調(diào)節(jié)電能流向、更多的引入電力電子裝置區(qū)改善電能質(zhì)量、根據(jù)不同的用戶需求更好的調(diào)節(jié)供需雙方的電能平衡、智能及網(wǎng)絡化的保護與控制設備的逐步推廣使用等諸多方面緩解風力發(fā)電并網(wǎng)所帶來的問題，并提綠色能源在整個電網(wǎng)的利用率。
許浩平認為，在未來的幾年中智能電網(wǎng)在標準化、自動化和互動化方面還需加強，使其真正成為一個電力行業(yè)中的互聯(lián)網(wǎng)。
風電場防雷解決方案
雷一般可分為直擊雷和感應雷，直擊雷能量太大，一般只有大地才能夠承接，因此一般只能用引雷針來保護暴露在野外的電子設備。對風電場來說，盡管風塔采用金屬外殼，但為安全起見，好還是要用引雷針或避雷針。
目前業(yè)內(nèi)能提供引雷針的供應商主要有愛麗達、杜爾梅森和深圳雷晟，雷晟除了擁有自己品牌的引雷針以外，還代理前面兩家的引雷針產(chǎn)品。
風電場的機房防雷方案與基站大致相同，主要防雷目標是可能會受到從電源線過來的感應雷影響的電子設備，如逆變器。這一般采用由MOV(壓敏電阻)和GDT(氣體放電管)構(gòu)成的組合防雷方案。目前業(yè)內(nèi)主要的MOV供應商有Littelfuse、TDK-EPC、泰科電子、合肥宇潛電氣科技，GDT供應商主要有泰科電子、TDK-EPC、DEHN、OBO、深圳檳城電子，深圳天順和雷晟都是DEHN防雷器的代理商。
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